Metabolismus bílkovin

1. Metabolismus bílkovin

2. Metabolismus bílkovin - obsah • AMK a jejich hlavní funkce • Potřeba esenciálních AMK • Pool AMK • Vznik nových AMK • Vznik uhlíkatých koster a amoniaku • Metabolismus uhlíkatých koster • Vznik močoviny • Dusíková bilance • Hladovění

3. Aminokyseliny • L–isomery - pro vyšší organismus využitelná • Zkratky AMK – Gly, Ala, Val, Leu, Ile, Ser, Thr, Cys, Met, Phe, Tyr, Trp, Asp, ASn, Gln, Glu, Arg, Lys, His, Pro, Hyp • Dělení AMK – kyselé, zásadité, neutrální - reakce závislá na poměru kyselých (COOH) a zásaditých (NH2) skupin v molekule

4. Aminokyseliny • Val, Leu, Ile – stimulační účinky na proteosyntézu , podpora anabolismu • Cys, Met – zdroj S, lze vytvořit Cys z Met, ale ne naopak, výskyt .- inzulin, keratin, nadbytek či nedostatek Met – porucha fu jater • Phe, Tyr (tvorba z Phe) – hormony adrenalin, tyroxin • Try – syntéza k. nikotinové • Lys – limitní v pšenici • K. glutamová – v gliadinu, oddaluje sval. Únavu, zlepšuje vyšší nervovou činnost, vysoké dávky toxické • His – růs a obnova tkání • Arg – součást malého Krebsova cyklu • Pro a Hyp – obsahují pyrolové jádro, obsaženo v Hb, cytochromech, v kolagenu a pojivové tkáni

5. Potřeba esenciálních AMK dle FAO/WHO v závislosti na věku (mg/g čisté bílkoviny)

6. Pool AMK • B → AMK • Tělesné proteiny – hydrolýza na AMK a neustálá resyntéza na B • Rychlost endogenní obměny B 80 – 100 g/den • Nejrychlejší – střevní sliznice • Nejpomalejší – kolagen • AMK z potravy a endogenní AMK – stejné a tvoří Pool AMK

7. Pool AMK • Malá kapacita - celkem 600 – 700 g AMK • Vzhledem k tomu, že přijímáme dostatek B ve stravě – no problem • Rozložení poolu • AMK resorbované z GIT (exogenní zdroj) – 1/3 • Vlastní tělní bílkoviny, syntetizované (endogenní zdroje) – 2/3 • Věkem posun rovnováhy mezi AMK a B (syntéza B převyšuje rozpad B) • Ztráta malého množství B – vlasy, menstruací, močí, stolicí - náhrada syntézou z AMK poolu • Ledviny - filtrace AMK – resorpce zpět většiny • Osud AMK po výstupu z poolu • Stavební materiál k výstavbě nových tkání • Odběr AMK pro výstavbu plasmatických • Po dekarboxylaci syntéza biologicky důležitých dusíkatých látek (puriny, pyrimidiny, kreatin) • Nepoužité AMK • Nelze skladovat v podobě tuků či sacharidů • Metabolické palivo, stavební materiál (glukoneogeneze) • Zdroj energie při hladovění či poruchách organismu (DM)

8. Deaminace, aminace a transaminace • Vzájemná přeměna AMK a dalších produktů katabolismu S a T • Přenos, odstranění či tvorba aminoskupin • První krok - odstranění aminoskupiny • Zbývající uhlíkové skelety (citrátový cyklus, dýchací řetězec) → CO2 a H20 nebo syntéza lipidů či sacharidů • Aminoskupina – přeměna na formu vylučitelnou z organismu • Transaminace – tvorba nových AMK • přeměna AMK na ketokyselinu za současné přeměny jiné ketokyselina na AMK alanin + α-ketoglutarát ↔ pyruvát + glutamát • Katalýza – transaminázy (aminotransferázy) (v krvi) • Pyridoxalfosfát – nosič aminoskupiny (kofaktor) • Při opačné reakci – pyridoxaminfosfát

9. Deaminace, aminace a transaminace • Aerobní deaminace • Probíhá pokud je potřeba odbourat AMK na energii či vytvořit z nich tuk • Játra (mitochondrie) • Dehydrogenace => iminokyselina → hydrolýza → ketokyselina AMK + NAD+ → iminokyselina + NADH Iminokyselina + H2O → ketokyselina + NH4+ • NH4+je v rovnováze s NH3 (amoniak) • AMK zachycují NH4+ a tvoří příslušný amid - vazba NH4+ v mozku s glutaminem • Opačná reakce – ledviny - NH4+ je změněn na NH3 a to je vyloučeno močípo reakci s H+ za vzniku NH4+ což vede k vylučování H+

10. Biosyntéza AMK • Používá se dusík vázaný v AMK uvolněných hydrolýzou B potravy či vlastních tkání • Esenciální AMK – nelze syntetizovat • Společné rysy biosyntézy AMK • Uhlíkové skelety AMK pochází z meziproduktů glykolýzy, pentózového či citrátového cyklu • Biosyntéza AMK vychází ze společných prekurzorů a probíhá přes společné meziprodukty a další AMK se tvoří již přestavbou jiných AMK • Biosyntéza neesenciálních AMK – často obrácené odbourávání

11. Degradace uhlíkových koster AMK • Oxidační odbourání – různé cesty • Obecné rysy: • 1. • 20 AMK – každá má vlastní cestu odbourávání • Přeměna na meziprodukty zapojitelné do metabolismu S či T • Vznik 7 různých 2 – 5 C látek → zapojení do citrátového cyklu jako: • Sukcinyl-CoA (Val, Ile, Met, Thr) • Fumarát (Phe, Tyr, Asp) • Oxalacetát (Asp, Asn) • 2-oxoglutarát (Glu, Gln, Arg, Pro, His) → zapojení do cyklu přes acetyl-CoA: • Acetyl-CoA (Leu, Ile, Trp) • Acetoacetyl-CoA (Leu, Phe, Tyr, Lys, Trp) • Pyruvát (Ser, Ala, Cys, Gly, Thr, Met, Trp)

12. Degradace uhlíkových koster AMK • Obecné rysy: • 2. • Ne všechny atomy uhlíků AMK vstupují do citrátového cyklu • Ztráta (odbouráváním) či syntéza (puriny, pyrimidiny) při jiných reakcích • 3. • Dle konečných produktů odbourávání a dle možnosti zapojení do metabolismu S a T, je lze z metabolického hlediska dělit: • Glukogenní (glukoplastické) • Ketogenní (ketoplastické) • Glukogenní i ketogenní

13. Ketogenní a glukogenní AMK • Ketogenní AMK • Možná přeměna na acetoacetát (acetyl-CoA a acetoacetyl-CoA), z nichž se syntetizují MK • Leu, Lys, • Glukogenní AMK • Vznik sloučenin (pyruvát, oxalacetát), které jsou přeměny na glukózu nebo meziprodukty citrátového cyklu, které se mění na oxalacetát • 14 AMK - Ala, val, Thr, Met a další • Glukogenní i ketogenní AMK • Štěpí se buď na: • Acetyl či acetoacetyl nebo • Sukcinát, fumarát či pyruvát • Aromatické AMK – Phe, Tyr, Try • Ile

15. Konečný krok v katabolismu bílkovin • AMK vstupují do citrátového cyklu přímo či nepřímo Citrátový cyklus ↓ Dýchací řetězec =>energie + CO2 + H2O • Energetický zisk při degradaci AMK – různý • Dle jednotek ATP • Ala - 16, Leu – 40, Ile – 41, Phe – 39, Tyr – 41 • Odpovídá zhruba 4 – 6 ATP na 1 atom C • Oxidační degradace – při hladovění

16. Metabolismus amoniaku a tvorba močoviny • Syntéza biomolekul obsahujících aminoskupinu – AMK, puriny… či • Převod na vhodný odpadní produkt • Cyklus močoviny (malý Krebsův, ornithinový) • Játra • NH4+ vzniklé deaminací AMK => močovina • Při vyšším příjmu B zvýšit příjem tekutin (jinak riziko akumulace v krvi) • Denně se vytvoří a vyloučí 25 – 35 g močoviny Nejprve do krve a pak do ledvin

17. Kyselina močová a dna • Vznik rozpadem purinů • Vylučuje se močí - denně 1 g • Ledviny – filtrace, zpětná resorpce (98%), vyloučení (2%) (20%) • + kyselina močová z tubulární sekrece (80%) • Dna – opakované záchvaty artritidy, ukládáním solí kyseliny močové v kloubech, ledvinách a jiných tkáních, zvýšenou hladinou kyseliny močové v krvi a v moči • Nejčastější místo postižení – metatarsofalangeální kloub palce • Primární dna – zvýšení k. močové v důsledku enzymových abnormalit • Sekundární dna – selektivní porucha renálního tubulárního transportu k. močové • Léčba: zmírnění projevů artritidy, léky snižující hl. k. močové

19. Proteosyntéza • Mnohastupňový proces regulace • Energeticky náročný • Podmínka: dostatečný přísun AMk při dostatečném příjmu energie • ↑ přísun AMK => ↑ inzulinémie => ↑ proteosyntéze • Nedostatek B => ↓ proteosyntézy • Hormony: inzulin, testosteron, tyroxin, STH

20. Dusíková bilance • Příjem dusíku – v podobě protinů ze stravy • Výdej dusíku – močí, stolicí, • Jeli množství dusíku rovno přijmu = dusíková rovnováha • Zvýšený příjem B → • nadbytečné AMK – deaminace a vzestup hl. močoviny pro její vyrovnání • Zvýšená sekrece katabolických hormonů kůry nadledvin, snížená sekrece inzulinu či při hladovění =>negativní bilance • Růst, zotavování, anabolické hormony =>pozitivní bilance • Chybí-li esenciální AMK => nedojde k syntéze proteinu, který ji vyžaduje => ostatní AMK z tohoto proteinu jsou deaminovány, stejně i ostatní nadbytečné AMK, dusík vyloučen močí =>negativní bilance

21. Reakce na hladovění • Dostatek energie, málo B => snížení vylučování močoviny i kys. močové (50%) • Množství vyloučeného kreatininu se nemění (přirozené opotřebování) • Množství vyloučeného dusíku není nižší než 3,6 g/d • Pokud je strava nedostatečná také kaloricky stoupá množství N na 10 g/d – katabolismus B pro zisk energie • Velmi malé množství glukózy sníží tento efekt, prostřednictvím zvýšení hl. inzulinu (brání rozpadu proteinů ve svalech) • Tuky také šetří N, při hladovění používá mozek a jiné tkáně energii pocházející z tuků

22. Reakce na hladovění • Spalování proteinů při hladovění – z jater, sleziny, svalů • Po vyčerpání jaterního glykogenu vzniká ketóza a katabolizuje se tuk • Po spotřebě tuku, ještě se zvýší katabolismus B => smrt